談風(fēng)力發(fā)電機(jī)組散熱器優(yōu)化設(shè)計

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摘要：風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪箱優(yōu)良的散熱性能，可確保風(fēng)力發(fā)電機(jī)的正常運行。傳統(tǒng)的管片式及管帶式散熱器容易損壞，抗震能力不強(qiáng)，壽命較低，為了提高其性能和使用壽命，結(jié)合齒輪油散熱系統(tǒng)工作原理，本文設(shè)計了一種新型散熱器，結(jié)構(gòu)輕盈、小巧，同時，換熱流體阻力小，在震動很大或者有一定外力作用下，仍然能正常工作，十分適合惡劣的工程環(huán)境，散熱器壽命長。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電；齒輪箱；換熱器；設(shè)計

我國風(fēng)能資源豐富，風(fēng)能可利用總量約為10億kW，我國陸地面積是9579km2，其中，風(fēng)力為3～7級所占的面積為1056km2，所占比例為11%左右。風(fēng)力機(jī)是風(fēng)能轉(zhuǎn)變成電能的設(shè)備，而風(fēng)力機(jī)的使用壽命受多因素的限制，其中關(guān)鍵的一個就是齒輪箱的安全穩(wěn)定運行，齒輪箱的散熱效果直接影響風(fēng)力機(jī)的使用壽命。我國的風(fēng)電散熱器工業(yè)是在解放后建立和發(fā)展起來的，由于技術(shù)和工藝的革新，我國的散熱器行業(yè)發(fā)展非常迅速，已基本形成了散熱器生產(chǎn)-維護(hù)等體系，并且散熱器效率及質(zhì)量逐年提升，結(jié)構(gòu)日趨先進(jìn)完善，制造技術(shù)也日臻成熟。然而，風(fēng)力機(jī)齒輪箱的換熱器的設(shè)計不同于一般的換熱器，其抗震要求高、溫度變化幅度大，解決上述問題已是風(fēng)電企業(yè)面臨的一個重要課題。為了保證發(fā)電機(jī)組正常工作時散熱器有足夠的換熱量并降低散熱器流體的流動阻力，本文針對管芯式散熱器，在保證換熱量的前提下，設(shè)計出具有較低的流動阻力與較低的材料、工藝成本的散熱器，以求在發(fā)電機(jī)組上進(jìn)行實際應(yīng)用，從而為這種具有獨特優(yōu)勢的散熱器的廣泛應(yīng)用提供實例與推廣依據(jù)及技術(shù)儲備。

1散熱器原材料及流動型式的選擇

1.1原材料的選擇

換熱器材料的使用，直接決定著換熱器性能及質(zhì)量的優(yōu)劣，本換熱器設(shè)計所選用的材料主要考慮以下幾點：具有較大的導(dǎo)熱系數(shù)、疲勞強(qiáng)度、抗腐蝕性強(qiáng)、較好的焊接性能，材料獲取方便。鑒于風(fēng)力發(fā)電機(jī)運行的要求，并提高換熱性能和耐腐蝕性能，本文設(shè)計的齒輪箱散熱器中的散熱管采用T2紫銅，翅片也采用T2紫銅，散熱器的油室、進(jìn)出管口等的材料采用A3。（1）散熱管及散熱帶。管芯式散熱器多用于工程用移動式發(fā)電機(jī)組，工作環(huán)境相對惡劣，考慮到其工作的強(qiáng)度要求，散熱管采用綜合性能較好的T2紫銅制成，T2紫銅中含有微量的砷和錫元素，可提高銅的耐腐蝕性，保證傳熱效果。同時，考慮到管芯式散熱器的管壁較厚（0.75mm），紫銅制散熱管在冷態(tài)壓制時也相對不易產(chǎn)生脆裂，散熱帶（厚度≤0.2mm）形狀復(fù)雜，采用與散熱管相同的材料T2紫銅制成。（2）上下油室及端板、結(jié)合先進(jìn)的汽車水室，本設(shè)計采用一種新型的銅釬焊油室，其具有如下特點：第一，采用2mm的銅合金材料，在有效提高散熱器性能時，也降低了制造成本，提高其強(qiáng)度。第二，采用先進(jìn)的低熔點銅合金進(jìn)行釬焊，該方式可提高傳熱效率、焊接強(qiáng)度和耐腐蝕性能并且減少泄露。釬焊料的主要成分分別是Cu75%、Ni5%、Zn15%和P5%，熔點約為620～635℃。（3）表面涂層處理。高質(zhì)量的表面涂層可以進(jìn)一步提高抗腐蝕能力，將電泳漆用水稀釋到10%～15%的電泳溶液，將所要處理的油室芯浸入電泳溶液內(nèi)，油室作為電極，通入直流電，促使電泳液中的樹脂和顏料定向的向電極表面流動，并附著在油室表面，形成防腐蝕涂層，涂層的厚度一般在8mm左右，這種涂層對換熱器效率基本不會產(chǎn)生影響。（4）端板材料。端板與油室之間有一層密封板，目的是防止油室漏油，但是，保持長期不漏油是很難的，所以，為了以防萬一油室漏油，端板使用的材料也盡量要能耐一定腐蝕，同時，為了要更好地固定散熱器水管，端板的強(qiáng)度、硬度也要達(dá)到良好，設(shè)計中端板采用材料A3鋼材。（5）邊框和散熱管。由于散熱器體積和質(zhì)量比較大，為便遠(yuǎn)程運輸，在邊框上面安裝起吊孔，所以邊框的材料一定要有較高的硬度，采用A3材料，并且壓制成槽狀。管料（與油接觸側(cè)）采用T2紫銅，并在其中添加少量的磷、錫，可提高散熱器的耐腐蝕性能，同時，由于密度低、導(dǎo)熱率高，在降低了管料的質(zhì)量的同時，還可以提高單位面積的換熱量，管料是用銅帶經(jīng)高頻或激光焊接而成。帶料（與空氣接觸側(cè)）使用導(dǎo)熱系數(shù)高、強(qiáng)度性能高的銅合金，這樣不僅減輕了重量，而且在釬焊過程中仍能保持細(xì)小的晶粒度，具有較好的抗疲勞性能。

1.2型式布局

常規(guī)散熱器芯部結(jié)構(gòu)分為兩種：管片式和管帶式，管子呈扁平型，可增加散熱面積，減少空氣阻力。管片式散熱器具有剛度好、耐高壓的優(yōu)點，并且應(yīng)用廣泛，但是制造工藝復(fù)雜，損壞的油管只能焊死，若堵死了的管子超過20%，需要更換成新的散熱器，這種散熱器壽命短；管帶式散熱器結(jié)構(gòu)剛度和耐壓度比管片式的差一些，但是，它制造方便，散熱效果良好，只是空氣阻力較大，一般在小型風(fēng)力機(jī)齒輪箱相對較多。風(fēng)力機(jī)齒輪箱采用一種新型的管芯式結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)在于散熱器油管與油室主片間的連接方式，散熱器管均單獨與油室相連，其防震和密封性能很好，并且單根冷卻油管在散熱器主片間制成一個散熱器芯，散熱器芯通過轉(zhuǎn)動卡扣在散熱器上，將冷卻油管及其附屬散熱帶作為獨立的散熱單元，冷卻油管間互不相連，且油管是用無縫銅管制成的，銅管的兩端用彈性件密封，并且為盡可能獲得較好的散熱效果，降低循環(huán)泵功率消耗，散熱器的型式為直流式，三排管子，并且采用的是錯流排列，錯流排列可以使迎風(fēng)面增加，最大限度地利用了空間，這樣可以使傳熱量最大化，盡量滿足工程要求。

2設(shè)備運輸、安裝及維護(hù)

2.1散熱器運輸

為了防止散熱器運輸過程中傷害人體，通常把邊框的上下部分切去一些，長途搬運的時候要利用螺栓孔，把散熱器吊起，運到車上，即可進(jìn)行搬運。與此同時，為了防止散熱器有可能產(chǎn)生的損壞，比如，翅片倒伏、管芯變形、表面結(jié)垢等，建議將散熱器在低溫封閉的環(huán)境中，能有效防止損壞。

2.2散熱器的安裝

散熱器需安裝在齒輪箱周邊，才能把機(jī)組的熱量傳給油，再由油傳給空氣，從而進(jìn)行冷卻循環(huán)，為了安裝方便，需要先分別把油室與密封墊、端板連接好，再與邊框聯(lián)成整體，然后，安裝散熱管、填充填料、安裝擋風(fēng)板、拉桿。

2.3散熱器運行及維護(hù)

對散熱器要定期檢查維修，并且不要總是超負(fù)荷運行，這樣對散熱器的壽命會產(chǎn)生不利影響。需做到以下幾點：（1）機(jī)電設(shè)備的使用前，必須進(jìn)行漏電、轉(zhuǎn)動部件的檢查，確保無問題方可使用。（2）壓力操作臺上在使用前，需檢查是否有重物、操作工具在其上，防止發(fā)生壓力操作臺的發(fā)生操作事故。（3）換熱器立管安裝時，需要將管子內(nèi)清理干凈，禁止拋擲其他雜物。（4）散熱器進(jìn)行安裝，擰緊時，須將散熱器放穩(wěn)，方可進(jìn)行起吊和運輸。（5）進(jìn)行壓力測試時，加壓后不得用力沖撞磕碰。（6）卸載散熱器時，在使用龍門架或外用電梯運輸時，嚴(yán)禁超載或放偏。

3結(jié)語

綜上所述，設(shè)計的風(fēng)力機(jī)齒輪箱散熱器，在保證機(jī)組正常運行的條件下，能以比較小的代價來實現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的順利散熱，并且比較輕盈、小巧，同時，換熱流體阻力也比較小，并且在震動很大或者有一定外力作用下，仍然能正常工作，十分適合惡劣的工程環(huán)境，并且該散熱器的壽命很長，管子不用經(jīng)常更換即可正常工作。

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作者：朱勇 單位：云南龍源風(fēng)力發(fā)電有限公司